JVM OutOfMemoryError异常模拟

1.Java堆溢出

Java堆用于储存对象实例，我们只要不断地创建对象，并且保证 GC Roots 到对象之间有可达路径来避免垃圾回收机制清除这些对象，那么随着对象数量的增加，总容量触及最大堆的容量限制后就会产生内存溢出异常。
限制Java 堆的大小为 20MB ，不可扩展（将堆的最小值 -Xms 参数与最大值 -Xmx 参数设置为一样即可避免堆自动扩展），通过参数-XX ： +HeapDumpOnOutOf-MemoryError 可以让虚拟机在出现内存溢出异常的时候Dump 出当前的内存堆转储快照以便进行事后分析。

java 复制代码

public class HeapOOM {
static class OOMObject {
}
public static void main(String[] args) {
List<OOMObject> list = new ArrayList<OOMObject>();
while (true) {
list.add(new OOMObject());
        }
    }
}

2.虚拟机栈和本地方法栈溢出

关于虚拟机栈和本地方法栈，在《Java 虚拟机规范》中描述了两种异常：
1 ）如果线程请求的栈深度大于虚拟机所允许的最大深度，将抛出 StackOverflowError 异常。
使用没有出口递归的方式，超出虚拟机所允许的最大深度

java 复制代码

public class JavaVMStackSOF {
    private int stackLength = 1;
    public void stackLeak() {
        stackLength++;
        stackLeak();
}
public static void main(String[] args) throws Throwable {
    JavaVMStackSOF oom = new JavaVMStackSOF();
    try {
        oom.stackLeak();
    } catch (Throwable e) {
        System.out.println("stack length:" + oom.stackLength);
        throw e;
    }
}

2 ）如果虚拟机的栈内存允许动态扩展，当扩展栈容量无法申请到足够的内存时，将抛出OutOfMemoryError异常。
设置许多局部变量，为了多占局部变量表空间，让栈帧申请不到内存。

java 复制代码

public class JavaVMStackSOF {
    private static int stackLength = 0;
    public static void test() {
        long unused1, unused2, unused3, unused4, unused5,
                unused6, unused7, unused8, unused9, unused10,
                unused11, unused12, unused13, unused14, unused15,
                unused16, unused17, unused18, unused19, unused20,
                unused21, unused22, unused23, unused24, unused25,
                unused26, unused27, unused28, unused29, unused30,
                unused31, unused32, unused33, unused34, unused35,
                unused36, unused37, unused38, unused39, unused40,
                unused41, unused42, unused43, unused44, unused45,
                unused46, unused47, unused48, unused49, unused50,
                unused51, unused52, unused53, unused54, unused55,
                unused56, unused57, unused58, unused59, unused60,
                unused61, unused62, unused63, unused64, unused65,
                unused66, unused67, unused68, unused69, unused70,
                unused71, unused72, unused73, unused74, unused75,
                unused76, unused77, unused78, unused79, unused80,
                unused81, unused82, unused83, unused84, unused85,
                unused86, unused87, unused88, unused89, unused90,
                unused91, unused92, unused93, unused94, unused95,
                unused96, unused97, unused98, unused99, unused100;
        stackLength ++;
        test();
        unused1 = unused2 = unused3 = unused4 = unused5 =
                unused6 = unused7 = unused8 = unused9 = unused10 =
                        unused11 = unused12 = unused13 = unused14 = unused15 =
                                unused16 = unused17 = unused18 = unused19 = unused20 =
                                        unused21 = unused22 = unused23 = unused24 = unused25 =
                                                unused26 = unused27 = unused28 = unused29 = unused30 =
                                                        unused31 = unused32 = unused33 = unused34 = unused35 =
                                                                unused36 = unused37 = unused38 = unused39 = unused40 =
                                                                        unused41 = unused42 = unused43 = unused44 = unused45 =
                                                                                unused46 = unused47 = unused48 = unused49 = unused50 =
                                                                                        unused51 = unused52 = unused53 = unused54 = unused55 =
                                                                                                unused56 = unused57 = unused58 = unused59 = unused60 =
                                                                                                        unused61 = unused62 = unused63 = unused64 = unused65 =
                                                                                                                unused66 = unused67 = unused68 = unused69 = unused70 =
                                                                                                                        unused71 = unused72 = unused73 = unused74 = unused75 =
                                                                                                                                unused76 = unused77 = unused78 = unused79 = unused80 =
                                                                                                                                        unused81 = unused82 = unused83 = unused84 = unused85 =
                                                                                                                                                unused86 = unused87 = unused88 = unused89 = unused90 =
                                                                                                                                                        unused91 = unused92 = unused93 = unused94 = unused95 =
                                                                                                                                                                unused96 = unused97 = unused98 = unused99 = unused100 = 0;
    }
    public static void main(String[] args) {
        try {
            test();
        }catch (Error e){
            System.out.println("stack length:" + stackLength);
            throw e;
        }
    }
}

无论是由于栈帧太大还是虚拟机栈容量太小，当新的栈帧内存无法分配的时候， HotSpot虚拟机抛出的都是 StackOverflowError 异常。
还有一种方法是建立许多线程把内存消耗光，建议不要测试，卡的批爆。

java 复制代码

public class JavaVMStackOOM {
    private void dontStop() {
        while (true) {
        }
    }
    public void stackLeakByThread() {
        while (true) {
            Thread thread = new Thread(new Runnable() {
                @Override
                public void run() {
                dontStop();
                }
            });
       thread.start();
        }
    }
    public static void main(String[] args) throws Throwable {
        JavaVMStackOOM oom = new JavaVMStackOOM();
        oom.stackLeakByThread();
        }
    }

3.方法区和运行时常量池溢出

String::intern()是一个本地方法，它的作用是如果字符串常量池中已经包含一个等于此 String 对象的字符串，则返回代表池中这个字符串的String 对象的引用；否则，会将此 String 对象包含的字符串添加到常量池中，并且返回此String 对象的引用。在 JDK 6 或更早之前的 HotSpot 虚拟机中，常量池都是分配在永久代中，我们可以通过-XX ： PermSize 和 -XX ： MaxPermSize 限制永久代的大小，即可间接限制其中常量池的容量。

java 复制代码

public class RuntimeConstantPoolOOM {
    public static void main(String[] args) {
// 使用Set保持着常量池引用，避免Full GC回收常量池行为
        Set<String> set = new HashSet<String>();
// 在short范围内足以让6MB的PermSize产生OOM了
        short i = 0;
        while (true) {
            set.add(String.valueOf(i++).intern());
            }
        }
}

借助 CGLib 使得方法区出现内存溢出异常

java 复制代码

public class JavaMethodAreaOOM {
    public static void main(String[] args) {
        while (true) {
            Enhancer enhancer = new Enhancer();
            enhancer.setSuperclass(OOMObject.class);
            enhancer.setUseCache(false);
            enhancer.setCallback(new MethodInterceptor() {
    public Object intercept(Object obj, Method method, Object[] args, MethodProxy proxy)        throws Throwable {
        return proxy.invokeSuper(obj, args);
        }
        });
        enhancer.create();
        }
    }
    static class OOMObject {
    }
}

4.本机直接内存溢出

直接内存（ Direct Memory ）的容量大小可通过 -XX ： MaxDirectMemorySize 参数来指定，如果不
去指定，则默认与 Java 堆最大值（由 -Xmx指定）一致，该代码越过了DirectByteBuffer类直接通
过反射获取 Unsafe 实例进行内存分配（ Unsafe 类的 getUnsafe()方法指定只有引导类加载器才会返回实例，因为虽然使用DirectByteBuffer分配内存也会抛出内存溢出异常，但它抛出异常时并没有真正向操作系统申请分配内存，而是通过计算得知内存无法分配就会在代码里手动抛出溢出异常，真正申请分配内存的方法是Unsafe::allocateMemory()。

java 复制代码

public class DirectMemoryOOM {
    private static final int _1MB = 1024 * 1024;
    public static void main(String[] args) throws Exception {
        Field unsafeField = Unsafe.class.getDeclaredFields()[0];
        unsafeField.setAccessible(true);
        Unsafe unsafe = (Unsafe) unsafeField.get(null);
    while (true) {
        unsafe.allocateMemory(_1MB);
        }
    }
}